(57)【要約】【課題】１次共振周波数と２次共振周波数との間の周波数帯で十分な音圧で超音波を放射することが可能な電気音響変換器を提供する。【解決手段】電気音響変換器１００は、圧電振動子１３と、圧電振動子１３に固定されている金属板１４と、金属板１４に固定されている振動部材１５と、入力部２０と、を有する。入力部２０は、圧電振動子１３に信号を入力して圧電振動子１３を振動させることによって、振動部材１５から超音波を発振させる。電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、
前記圧電振動子に固定されている金属板と、
前記金属板に固定されている振動部材と、
前記圧電振動子に信号を入力して前記圧電振動子を振動させることによって、前記振動部材から超音波を発振させる入力部と、
を有し、
１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
前記１次共振周波数が４０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
【請求項３】
当該電気音響変換器の電気アドミタンスを縦軸、周波数を横軸としたときの、前記電気アドミタンスの１次の共振によるピークである第１ピークと、前記電気アドミタンスの２次の共振によるピークである第２ピークと、の差分が２０ｋＨｚ以下であり、かつ前記第１ピーク及び前記第２ピークにおけるＱ値がいずれも５０以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
【請求項４】
前記１次共振周波数と前記２次共振周波数との差分が１３ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電気音響変換器。
【請求項５】
前記振動部材は円錐形状又は枡形であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電気音響変換器。
【請求項６】
前記金属板は多角形又は円形であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電気音響変換器。
【請求項７】
前記圧電振動子上に前記金属板が設けられ、
前記金属板上に前記振動部材が立設され、
前記金属板の上面から前記振動部材の上端までの高さが４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電気音響変換器。
【請求項８】
電気音響変換器を有し、
前記電気音響変換器は、
圧電振動子と、
前記圧電振動子に固定されている金属板と、
前記金属板に固定されている振動部材と、
前記圧電振動子に信号を入力して前記圧電振動子を振動させることによって、前記振動部材から超音波を発振させる入力部と、
を有し、
前記電気音響変換器の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
圧電振動子と、
前記圧電振動子に固定されている金属板と、
前記金属板に固定されている振動部材と、
前記圧電振動子に信号を入力して前記圧電振動子を振動させることによって、前記振動部材から超音波を発振させる入力部と、
を有する電気音響変換器を作成する工程を有し、
前記電気音響変換器を作成する工程は、前記電気音響変換器の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下となるように、前記振動部材の質量及び形状を設定する工程を含むことを特徴とする電気音響変換器の製造方法。
【請求項１０】
前記振動部材の質量及び形状を設定する工程では、前記振動部材を切削することによって前記振動部材の質量を低減することを特徴とする請求項９に記載の電気音響変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気音響変換器、電子機器及び電気音響変換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリックスピーカは、２０ｋＨｚ以上の周波数の超音波を搬送波とし、音声信号により変調された変調波（ＡＭ変調波、ＦＭ変調波など）を空気中に放射する。変調波を放射することにより、空気中にて音波の振幅に非線形性が生じ、その結果として音声信号が復調し、可聴音が再生される。
【０００３】
なお、特許文献１には、金属基板の表裏両面に、互いに共振周波数が異なる圧電振動子を貼り付けたことにより、圧電型スピーカの音圧を増大するとともに再生周波数帯域を広くする技術について記載されている。
また、特許文献２には、圧電振動子と、圧電振動子の一方の面に設けられた制動材と、制動材に固定されたコーン型の振動部材と、を有する圧電型スピーカにおいて、制動材と圧電振動子の共振周波数を一致させる点が記載されている。
また、特許文献３には、コーン型の振動部材と圧電振動子とを一体形成してなるコーン型圧電振動板を有する圧電型スピーカについて記載されている。
また、特許文献４には、圧電型スピーカの圧電振動子の上面にコーン状の振動部材を設ける技術が記載されている。
特許文献１乃至４のいずれにも、超音波を放射する点について記載が無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−１６９７９８号公報
【特許文献２】実開昭５９−０４６０９４号公報
【特許文献３】特開２００７−４３６３１号公報
【特許文献４】実公昭６０−１８０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波を放射する電気音響変換器では、その共振周波数において高い放射音圧が得られるが、１次共振周波数と２次共振周波数との間の周波数帯では、十分な放射音圧が得られない。
【０００６】
本発明の目的は、１次共振周波数と２次共振周波数との間の周波数帯で十分な音圧で超音波を放射することが可能な電気音響変換器、電子機器及び電気音響変換器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、圧電振動子と、
前記圧電振動子に固定されている金属板と、
前記金属板に固定されている振動部材と、
前記圧電振動子に信号を入力して前記圧電振動子を振動させることによって、前記振動部材から超音波を発振させる入力部と、
を有し、
１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする電気音響変換器を提供する。
【０００８】
また、本発明は、電気音響変換器を有し、
前記電気音響変換器は、
圧電振動子と、
前記圧電振動子に固定されている金属板と、
前記金属板に固定されている振動部材と、
前記圧電振動子に信号を入力して前記圧電振動子を振動させることによって、前記振動部材から超音波を発振させる入力部と、
を有し、
前記電気音響変換器の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする電子機器を提供する。
【０００９】
また、本発明は、圧電振動子と、
前記圧電振動子に固定されている金属板と、
前記金属板に固定されている振動部材と、
前記圧電振動子に信号を入力して前記圧電振動子を振動させることによって、前記振動部材から超音波を発振させる入力部と、
を有する電気音響変換器を作成する工程を有し、
前記電気音響変換器を作成する工程は、前記電気音響変換器の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下となるように、前記振動部材の質量及び形状を設定する工程を含むことを特徴とする電気音響変換器の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１次共振周波数と２次共振周波数との間の周波数帯で十分な音圧で超音波を放射することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。
【図２】実施形態に係る電気音響変換器から放射される超音波の周波数特性の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係る電気音響変換器の電気アドミタンスと周波数との関係の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る電気音響変換器のより具体的な構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】実施形態に係る電気音響変換器を示す斜視図及び側面図である。
【図６】実施形態に係る電気音響変換器を複数の超音波振動子のアレイとして構成した場合の模式的な平面図である。
【図７】実施形態に係る電子機器の模式図である。
【図８】実施形態に係る電気音響変換器の製造方法を説明するための図であり、特に、共振周波数の調整前の電気音響変換器の斜視図及び側面図である。
【図９】実施形態に係る電気音響変換器の製造方法を説明するための図であり、特に、共振周波数の調整前の電気音響変換器から放射される超音波の周波数特性を示す。
【図１０】実施形態に係る電気音響変換器の製造方法を説明するための図であり、特に、共振周波数の調整前の電気音響変換器の電気アドミタンスと周波数との関係を示す。
【図１１】実施形態に係る電気音響変換器の圧電振動子に入力される信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図１２】変形例１に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。
【図１３】変形例２に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。
【図１４】振動部材の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１３】
図１は実施形態に係る電気音響変換器１００の模式的な断面図である。図２は実施形態に係る電気音響変換器１００から放射される超音波の周波数特性の一例を示す図である。図３は実施形態に係る電気音響変換器１００の電気アドミタンスと周波数との関係の一例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る電気音響変換器１００は、圧電振動子１３と、金属板１４と、振動部材１５と、入力部２０と、を有している。金属板１４は、圧電振動子１３に固定されている。振動部材１５は、金属板１４に固定されている。入力部２０は、圧電振動子１３に信号を入力して圧電振動子１３を振動させることによって、振動部材１５から超音波を発振させる。電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分は２０ｋＨｚ以下である。
【００１５】
１次共振周波数と２次共振周波数との差分は１３ｋＨｚ以上であることが好ましい。１次共振周波数は、４０ｋＨｚ以上であることが好ましい。１次共振周波数は、圧電振動子１３と金属板１４とからなる振動板の基本共振に起因する共振周波数であり、２次共振周波数は、振動部材１５の基本共振に起因する共振周波数である。
【００１６】
この電気音響変換器１００によれば、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数とが互いに近接した周波数に設定されている。具体的には、１次共振周波数と２次共振周波数との互いの差分が２０ｋＨｚ以下である。これにより、例えば図２に示すように、１次共振周波数１と２次共振周波数２との間の周波数帯における放射音圧を高めることができる。
【００１７】
電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分は、より具体的には、例えば、１５ｋＨｚ以下とすることができる。
【００１８】
図３において、ある周波数範囲内における電気アドミタンスのＭＡＸとＭＩＮのピークのおおよそ平均値となる周波数が共振周波数である。５５ｋＨｚは１次共振周波数３が現れており、６７ｋＨｚには２次共振周波数４が現れている。
【００１９】
ここで、電気アドミタンスのピーク値（１次共振周波数３、２次共振周波数４）（図３）と、放射音圧のピーク値（１次共振周波数１、２次共振周波数２）（図２）は、測定誤差の範囲内で一致する。
【００２０】
以下、より詳細に説明する。
【００２１】
図４は実施形態に係る電気音響変換器１００のより具体的な構成の一例を示す模式的な断面図、図５（ａ）は電気音響変換器１００の斜視図、図５（ｂ）は電気音響変換器１００の側面図である。なお、図５（ａ）及び（ｂ）においては、振動部材１５、金属板１４及び圧電振動子１３のみを図示し、その他の構成については図示を省略している。
【００２２】
図４に示すように、電気音響変換器１００は、１つ又は複数個の超音波振動子１０を有している。
【００２３】
超音波振動子１０は、例えば、圧電振動子１３、金属板１４、振動部材１５、支柱１２、底板１１、フレーム１７、入力部２０、端子１８及びリード線１９を有している。
【００２４】
圧電振動子１３は、圧電素子ともいわれる。電気音響変換器１００は、圧電振動子１３を有する圧電型電気音響変換器である。
【００２５】
圧電振動子１３は板状に形成されている。圧電振動子１３は、例えば、圧電セラミック（図示略）と、圧電セラミックの一方の面（図４の下面）に形成された電極膜（図示略）と、からなる。なお、金属板１４は、圧電振動子１３の他方の面（図４の上面）の電極としての機能を兼ねる。
【００２６】
圧電振動子１３上には、金属板１４が設けられている。金属板１４は、例えば、リン青銅や４２アロイなどの金属により、平板状に形成されている。圧電振動子１３と金属板１４とにより振動板が構成されている。
【００２７】
金属板１４上には、振動部材１５が立設されている。振動部材１５を構成する金属材料の密度は、金属板１４を構成する金属材料の密度よりも小さいことが好ましい。振動部材１５は、例えば、アルミニウム、又は、ジュラルミン等のアルミニウム合金により構成することができる。このようにすることによって、振動部材１５をなるべく軽くすることができ、電気音響変換器１００の共振周波数の過度な低下を抑制することができる。
【００２８】
振動部材１５は、例えば、金属板１４に対して圧入固定されている。すなわち、金属板１４には固定孔１４ａが形成されている。また、振動部材１５は、本体部１５ａと、この本体部１５ａの中央部から金属板１４側に突出している固定軸１５ｂとを有している。そして、固定軸１５ｂが固定孔１４ａ内に圧入されることにより、振動部材１５が金属板１４に固定されている。
【００２９】
振動部材１５の固定軸１５ｂは、例えば、円柱形状であることが挙げられるが、角柱形状であっても良いし、筒状（円筒状又は角筒状）であっても良い。振動部材１５は、その全体が一体形成されている。すなわち本体部１５ａと固定軸１５ｂとは一体形成されている。
【００３０】
例えば図４に示すように、固定孔１４ａが金属板１４を貫通しておらず、固定軸１５ｂの先端が圧電振動子１３に達していなくても良い。或いは、例えば図５（ｂ）に示すように、固定孔１４ａが金属板１４を貫通し、固定軸１５ｂの先端が圧電振動子１３に達していても良い。
【００３１】
振動部材１５の本体部１５ａは、例えば、金属板１４から離間している。本体部１５ａは、例えば、金属板１４から遠ざかるにつれて拡径する錐状（錐台状）の形状に形成されている。より具体的には、例えば、本体部１５ａは、円錐状（円錐台状）に形成されている。従って、本体部１５ａの外形形状は、例えば円形である。
なお、本体部１５ａの外形形状は、多角形状であっても良い。
【００３２】
本体部１５ａにおいて、金属板１４とは反対側の面には、錐状の凹部１５ｃ（図５）が形成されている。その結果、本体部１５ａは、錐状の薄板形状に形成されている。つまり、本体部１５ａは、例えば、中空の錐状（いわゆるコーン型）に形成されている。
【００３３】
ここで、振動板の上面（金属板１４の上面）から振動部材１５の上端までの高さｈ１は４ｍｍ以下であることが好ましい。
なお、高さｈ１を４ｍｍよりも高くすると、放射面積（振動板に対する振動部材１５の射影面積）に対する振動部材１５の質量が大きくなりすぎる。それゆえ、アルミニウムやその合金であるジェラルミンなどの軽く硬い金属により振動部材１５を構成しても、本実施形態のような効果を創出することは困難である。
【００３４】
圧電振動子１３の外形形状は、例えば、円形又は多角形状となっている。更に、金属板１４の外形形状は、例えば、円形又は多角形状となっている。具体的には、例えば、圧電振動子１３及び金属板１４の外形形状は、互いに同一形状且つ同一寸法となっている。圧電振動子１３及び金属板１４の外形形状を円形又は多角形状とすることにより、電気音響変換器１００の振動モードを縮退させ、意図しない不要な共振の発生を抑制することができる。具体的には、例えば、図５に示すように、金属板１４及び圧電振動子１３の外形形状は、多角形状（例えば正方形など）とすることができる。
【００３５】
圧電振動子１３は、低弾性の支柱１２を介して、底板１１上に設けられている。圧電振動子１３は、例えば複数の支柱１２により支持されている。支柱１２は、例えば、樹脂材料により構成されている。底板１１は、例えば樹脂により構成されている。底板１１は、例えば、フレーム１７に固定されている。
【００３６】
入力部２０は、圧電振動子１３に変調信号を入力して圧電振動子１３を振動させる。圧電振動子１３は、その平面方向に伸び縮みし、その伸縮運動に伴い厚み方向におけるたわみ動作を繰り返すことで、厚み方向に振動する。圧電振動子１３が振動することにより、圧電振動子１３の振動が金属板１４及び振動部材１５に伝達し、金属板１４及び振動部材１５から超音波が発振される（放射される）。
【００３７】
より具体的には、例えば、入力部２０は、圧電振動子１３に対して、パラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する。すなわち、電気音響変換器１００は、例えば、パラメトリックスピーカである。
【００３８】
入力部２０から圧電振動子１３への信号の入力は、例えば、フレーム１７に固定された端子１８と、端子１８と圧電振動子１３とを接続するリード線１９と、を介して行う。
【００３９】
図６は第１の実施形態に係る電気音響変換器１００を複数の超音波振動子１０のアレイとして構成した場合の模式的な平面図である。
【００４０】
図６において、超音波振動子１０の各々は、振動部材１５、金属板１４、圧電振動子１３、支柱１２を有している。
【００４１】
複数の超音波振動子１０は、例えば、共通の支持部１０１により支持されている。底板１１は、例えば、支持部１０１上に固定されている。なお、底板１１は、支持部１０１の一部分により構成されていても良い。
【００４２】
図６では、複数の超音波振動子１０が平面視においてマトリクス状に配置されている例を示している。ただし、複数の超音波振動子１０の配置は、この例に限らない。例えば、複数の超音波振動子１０を一列に配置することも可能である。
【００４３】
ここで、入力部２０から圧電振動子１３に入力される変調信号の輸送波は、例えば、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波であり、具体的には、例えば１００ｋＨｚの超音波である。入力部２０は、所定の発振出力となるように圧電振動子１３を制御する。
【００４４】
金属板１４及び振動部材１５は、圧電振動子１３から発生した振動によって振動する。この振動により、振動部材１５は、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。なお、振動部材１５は、金属板１４及び圧電振動子１３の変位が最大となる中央部に対して固定されている。
【００４５】
パラメトリックスピーカ（超音波スピーカ）は、複数の発振源それぞれからＡＭ変調、ＦＭ変調、ＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調をかけた超音波（輸送波）を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音を出現させるものである。なお、ＤＳＢ変調及びＳＳＢ変調の場合、変調キャリア成分を再度足し合わせる必要がある。ここでの非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することを示す。音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波周波数帯では音波の非線形性が容易に観察できる。そして超音波を空気中に放射した場合、音波の非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中において分子密度に濃淡が生じる疎密状態である。そして空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じる。この衝撃波により可聴音が発生する。
【００４６】
図７は第１の実施形態に係る電子機器の一例としての携帯端末装置１５０の模式図である。
【００４７】
図７に示すように、携帯端末装置１５０は、筐体１５１と、筐体１５１内に設けられた電気音響変換器１００と、を有している。電気音響変換器１００の構成は、上述したとおりである。
【００４８】
筐体１５１には、電気音響変換器１００から放射される音波を放音する放音孔（図示略）が形成されている。支持部１０１は、例えば、携帯端末装置１５０の回路基板（図示略）又は筐体１５１に固定されている。なお、支持部１０１は筐体１５１の一部分であっても良い。
【００４９】
携帯端末装置１５０は、例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、小型ゲーム機器、ラップトップ型パーソナルコンピュータなどである。
【００５０】
次に、本実施形態に係る電気音響変換器の製造方法を説明する。
【００５１】
図８乃至図１０は実施形態に係る電気音響変換器１００の製造方法を説明するための図である。このうち図８は共振周波数の調整前の電気音響変換器１００の斜視図（図８（ａ））及び側面図（図８（ｂ））である。図９は共振周波数の調整前の電気音響変換器１００から放射される超音波の周波数特性を示す。なお、図９では、電気音響変換器１００から所定の距離での音圧の周波数特性を示している。図１０は共振周波数の調整前の電気音響変換器１００の電気アドミタンスと周波数との関係を示す。
【００５２】
この製造方法は、電気音響変換器１００を作成する工程を有する。電気音響変換器１００は、圧電振動子１３と、圧電振動子１３に固定されている金属板１４と、金属板１４に固定されている振動部材１５と、入力部２０を有する。入力部２０は、圧電振動子１３に信号を入力して圧電振動子１３を振動させることによって、振動部材１５から超音波を発振させる。電気音響変換器１００を作成する工程は、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下となるように、振動部材１５の質量及び形状を設定する工程を含む。
以下、詳細に説明する。
【００５３】
先ず、共振周波数の調整前の振動部材１５（図８）を準備する。図８の振動部材１５の本体部１５ａの肉厚は、図５の状態での肉厚よりも厚い。図８の本体部１５ａは、図３の本体部１５ａよりも重い。
【００５４】
図８に示す振動部材１５を用いて電気音響変換器１００を作成した場合、例えば図９に示すように、電気音響変換器１００の１次共振周波数１と２次共振周波数２とが大きく離れる。このため、１次共振周波数１と２次共振周波数２との間の周波数帯における放射音圧を十分に得ることができない。
【００５５】
具体的な一例として、例えば、本体部１５ａの高さｈ２は１ｍｍ、本体部１５ａの直径ｄは８ｍｍとした。また、圧電振動子１３と金属板１４とからなる振動板は、１辺が１ｃｍの正方形で、その厚さを１ｍｍとした。金属板１４はリン青銅により構成し、振動部材１５はアルミニウムにより構成した。図９及び図１０は、この条件での測定結果を示す。
【００５６】
図９及び図１０において、５２ｋＨｚに現れている１次共振周波数３は、振動板の基本共振に起因する共振周波数である。８０ｋＨｚに現れている２次共振周波数４は、振動部材１５の基本共振に起因する共振周波数である。ここで、電気アドミタンスのピーク値（１次共振周波数３、２次共振周波数４）（図１０）と、放射音圧のピーク値（１次共振周波数１、２次共振周波数２）（図９）は、測定誤差の範囲内で一致する。
【００５７】
一般の電気音響変換器では、１次共振周波数又は２次共振周波数の何れかを利用可能であるが、通常は１次共振周波数が使用される。１次共振周波数は、振動板の寸法及び材料と、振動部材の質量に依存する。振動部材の質量が大きすぎる場合は、１次共振周波数３が低下する。
【００５８】
図８に示す電気音響変換器１００では、例えば図９及び図１０に示すように、１次共振周波数１と２次共振周波数２とが２５ｋＨｚから３０ｋＨｚ程度離れる。そのため、１次共振周波数１での放射音圧と２次共振周波数２での放射音圧とが互いに支え合うことはない。
【００５９】
しかし、電気音響変換器１００を超音波スピーカとして使用する場合には、共振周波数においてだけではなく、その周辺の音圧も向上できることが望まれる。
【００６０】
そこで、本実施形態では、図８の振動部材１５の内部を切削することにより、振動部材１５を所望の形状及び質量に設定する。
これにより、図３に示すように、電気アドミタンスにおける２つの共振周波数（１次共振周波数３及び２次共振周波数４）の差分を２０ｋＨｚ以下に調整する。これとともに、図２に示すように、放射音圧における２つの共振周波数（１次共振周波数１及び２次共振周波数２）の差分も２０ｋＨｚ以下にする。
【００６１】
ここで、振動部材１５の本体部１５ａの直径と振動板の一辺の長さとが同等程度であり、振動板の上面から振動部材１５の上端までの高さｈ１が４ｍｍ以下である場合について説明する。この場合、例えば、振動部材１５の上面がフラットな状態（凹部１５ｃが形成されていない状態：図示略）を基準として、振動部材１５の質量が３０％以下となるように、振動部材１５を切削して凹部１５ｃを形成する。その結果、以下の２つの効果により、１次共振周波数１、３と２次共振周波数２、４とを互いの差分が２０ｋＨｚ以下となるように近づけることができる。
【００６２】
１つ目の効果は、振動部材１５の軽量化により、振動板への付加質量が低下し、振動板の基本共振周波数が高域にシフトすることである。
２つ目の効果は、振動部材１５の薄肉化により、振動部材１５の剛性が低下し、振動部材１５の基本共振周波数が低域にシフトすることである。
【００６３】
つまり、図２及び図３に示すように、１次共振周波数１、３は、高域にシフトする（一例として、例えば図２及び図３に示すように５５ｋＨｚとなる）。また、２次共振周波数２、４は、低域にシフトする（一例として、例えば図２及び図３に示すように６７ｋＨｚとなる）。その結果、１次共振周波数１、３と２次共振周波数２、４との差分が２０ｋＨｚ以下（一例として、例えば図２及び図３に示すように１２ｋＨｚ程度）となる。
その結果、図２に示すように、１次共振周波数１と２次共振周波数２との間の周波数帯における放射音圧を高めることができる。
【００６４】
ここで、本実施形態の実使用上の利点としては下記のようなものが挙げられる。
【００６５】
上述のように、本実施形態に係る電気音響変換器１００は、例えば図７に示すように複数の超音波振動子１０のアレイとして構成することができる。図１１はそのような電気音響変換器１００の圧電振動子１３に入力される信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【００６６】
ここでは、ＳＳＢ変調と搬送波を例にとって示している。
図１１に示す搬送波信号６は、通常、超音波振動子１０の共振周波数（１次共振周波数１、３又は２次共振周波数２、４の何れか一方）と一致するように設定される。１次共振周波数と２次共振周波数のどちらに搬送波信号６をあわせるかについては、１次、２次のピークの放射音圧の大きさ、ピークの半値幅の広さ（Ｑ値が低いほうが半値幅が低くなる）を勘案して、超音波振動子１０ごとに決定される。なお、信号としてＳＳＢ信号を使用する際には、１次共振周波数を使用する場合にはＵＳＢとし、２次共振周波数を使用する場合にはＬＳＢとする。ＦＭ変調、ＡＭ変調については、共振周波数を１次、２次のいずれにする場合でも、変調の処理は同一である。
図１１に示す可聴音信号７は、空気中で復調されるべき信号である。
【００６７】
図１１では、ＳＳＢ変調の中でも特にＬＳＢ変調（Ｌｏｗｅｒ  ＳｉｄｅＢａｎｄ）変調を行う例を示している。図１１に示されるような信号が、十分な音圧で超音波振動子１０から空気中に放射されるためには、超音波振動子１０は共振周波数における音圧のみでなく、その周辺での音圧が十分であることが望まれる。したがって、上記のような超音波振動子１０の構造により共振周波数周辺の音圧が向上することは、このような例に対して非常に有用である。
【００６８】
ここで、本実施形態において、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分が２０ｋＨｚ以下とする理由を説明する。
これは、人間の可聴帯域が、広い人で２０ｋＨｚ程度であることを根拠としている。すなわち、超音波振動子１０に入力する信号をＬＳＢ変調とした場合、その周波数スペクトラムは、本来の復調したいオーディオ信号のスペクトラムが周波数軸上で左右反転されたものが、２次共振周波数よりも低い周波数に生成されたものとなる。このように、周波数スペクトラムが２次共振周波数よりも低い周波数に生成されるため、ＬＳＢ変調成分の帯域幅すなわち可聴帯域である２０ｋＨｚ幅程度の電気音響変換率を向上させる必要がある。
ここで、１次共振周波数と２次共振周波数との差分を可聴帯域と同等とするのは、超音波共振子は、その共振に非常に高いＱ値（５０以上）を持っていることが多く、それぞれの共振が非常に急峻で幅の狭い形状となるためである。
本実施形態では、復調したオーディオ信号の可聴帯域程度の差分となるように、１次共振周波数及び２次共振周波数を調整する。
【００６９】
また、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分を１３ｋＨｚ以上とすることが好ましい理由は以下の通りである。
人間の聴感上、１３ｋＨｚ以上は聞こえにくい。また、近年よく使用されているＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）などの圧縮音源においては、１３ｋＨｚ以上の高域がカットされる場合がある。これらを考慮し、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分を１３ｋＨｚ以上とすることが好ましい。
また、１次共振周波数と２次共振周波数とのうち、一方は搬送波を与えるものである。１次共振周波数と２次共振周波数とのうち他方の共振周波数が、復調すべきオーディオ信号の帯域に重なると、ある帯域のみが極端に強調されてしまうという問題が発生しうる。このため、１次共振周波数と２次共振周波数との差分は、少なくとも、人間の耳に聞こえやすい帯域幅よりも大きくする（つまり１３ｋＨｚ以上とする）ことが好ましい。
【００７０】
上記のように、電気アドミタンスのピーク値（図３、図１０）と、放射音圧のピーク値（図２、図９）は、測定誤差の範囲内で一致する。ただし、電気アドミタンスの方がよりピークが鮮明となり、放射音圧はそのピークがやや鈍ってしまう。このため、電気アドミタンスで電気音響変換器１００の特性を規定する方が、より正確となる。
【００７１】
本実施形態に係る電気音響変換器１００は、電気アドミタンスによって、以下のように規定することができる。
電気音響変換器１００の電気アドミタンスを縦軸、周波数を横軸とする。このときの、電気アドミタンスの１次の共振によるピークを第１ピーク（上記の１次共振周波数３）とし、電気アドミタンスの２次の共振によるピークを第２ピーク（上記の２次共振周波数４）とする。すると、第１ピークと、第２ピークと、の差分が２０ｋＨｚ以下である。かつ第１ピーク及び第２ピークにおけるＱ値がいずれも５０以上であり、第１ピーク及び第２ピークの各々を十分な共振ピークとしてみなすことができる。
【００７２】
以上のような実施形態によれば、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との互いの差分が２０ｋＨｚ以下である。これにより、例えば図２に示すように、１次共振周波数１と２次共振周波数２との間の周波数帯における放射音圧を高めることができる。
【００７３】
＜変形例１＞
図１２は変形例１に係る電気音響変換器１００の模式的な断面図である。上記の実施形態では、振動部材１５が金属板１４に圧入固定されている例を説明したが、図１２に示すように、振動部材１５は、接着材又ははんだなどの接合材１６を介して金属板１４に固定されていても良い。この場合、振動部材１５は、図１２に示すように固定軸１５ｂ（図２）を有していなくても良い。振動部材１５の形状は、上記の実施形態における本体部１５ａと同様である。
【００７４】
＜変形例２＞
図１３は変形例２に係る電気音響変換器１００の模式的な断面図である。上記の実施形態では、圧電振動子１３と底板１１との間に低弾性の支柱１２が介在している例を説明した。これに対し、図１３に示すように、圧電振動子１３が支柱１２を介さずに底板１１上に直接的に固定されていても良い。
【００７５】
＜振動部材の変形例＞
図１４（ａ）は振動部材１５の変形例を示す上面斜視図、図１４（ｂ）は振動部材１５の変形例を示す下面斜視図である。上記の実施形態では、振動部材１５が円錐形状である例を説明したが、図１４に示すように、振動部材１５の本体部１５ａは、枡形であっても良い。例えば、本体部１５ａは、平面視において正方形の直方体形状となっており、本体部１５ａの上面には、平面視において正方形の直方体形状の凹部１５ｃが形成されている。
【００７６】
なお、上記においては、振動部材１５を切削することによって、振動部材１５を所望の形状及び質量にする例を説明したが、本発明は、この例に限らない。例えば、振動部材１５をプレス成型や鋳造によって所望の形状及び質量に成形しても良い。
【００７７】
また、電気音響変換器１００の１次共振周波数と２次共振周波数との差分は、１５ｋＨｚ以上の適当な値に設定しても良い。
【符号の説明】
【００７８】
１ １次共振周波数
２ ２次共振周波数
３ １次共振周波数
４ ２次共振周波数
６ 搬送波信号
７ 可聴音信号
１０ 超音波振動子
１１ 底板
１２ 支柱
１３ 圧電振動子
１４ 金属板
１４ａ 固定孔
１５ 振動部材
１５ａ 本体部
１５ｂ 固定軸
１５ｃ 凹部
１６ 接合材
１７ フレーム
１８ 端子
１９ リード線
２０ 入力部
１００ 電気音響変換器
１０１ 支持部
１５０ 携帯端末装置（電子機器）
１５１ 筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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